C50泵送混凝土彈性模量影響因素的試驗研究

陳洪光，許 將

(中鐵隧道集團有限公司工程試驗中心，河南洛陽 471009)

0 引言

彈性模量是混凝土重要的力學性能參數，從宏觀角度來說，彈性模量是衡量其抵抗彈性變形能力大小的尺度。在混凝土工程中，除了主要以強度、坍落度和電通量等作為控制指標外，經常還需測定混凝土的彈性模量值，以便計算和控制構件的變形、裂縫的擴展及大體積混凝土的溫度應力等。例如在預制梁的生產中，梁體混凝土彈性模量滿足設計要求后才能進行終張拉［1］。對于混凝土本身而言，影響彈性模量的因素較多［2-3］，文獻［3］通過單一的比對試驗進行試驗研究，但在低水膠比、雙摻礦物摻合料的情況下，采用正交方案對多種影響因素進行研究并區分影響次序的研究相對較少，本文主要采用正交試驗的方法，針對C50泵送混凝土彈性模量的影響因素進行研究。

1 試驗方案及情況

1.1 試驗方法

依據GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》［4］進行靜力受壓彈性模量試驗。

1.2 試驗儀器

TSY-2000電液壓力試驗機、TM-II型混凝土彈性模量測定儀(如圖1所示)、千分表2塊、機械秒表和鋼直尺。

1.3 原材料情況

1)P·O52.5水泥。比表面積330 m2/kg;初凝135 min，終凝205 min;實測28 d抗壓強度55.5 MPa;安定性沸煮法合格。

2)粉煤灰。I級粉煤灰。細度6.3%，燒失量2.2%，需水量比94%。

3)礦粉。S95礦粉。比表面積430 m2/kg;密度3.0 g/cm3;流動度比98%;燒失量2.8%;28 d活性指數100%。

4)細骨料。河砂。含泥量 1.8%，泥塊含量0.4%，云母含量0.3%，輕物質含量0.3%，II區砂，細度模數2.9。

5)粗骨料。5～20 mm級配碎石，分別為玄武巖及花崗巖。玄武巖:壓碎指標8%，針片狀2%，含泥量0.4%，泥塊含量0.1%，緊密孔隙率40%。花崗巖:壓碎指標9%，針片狀4%，含泥量0.5%，泥塊含量0.1%，緊密孔隙率39%。

6)外加劑。聚羧酸減水劑(緩凝型)。減水率29%，含氣量2.8%，泌水率比12%，7 d抗壓強度比152%。

圖1 TM-II型混凝土彈性模量測定儀Fig.1 TM-II elastic modulus testing device

1.4 正交試驗方案

1.4.1 影響因素的選擇

混凝土的彈性模量是材料本身固有的性質，因此，影響彈性模量的主要因素是混凝土的成分及其比例，也就是說選用的原材料及配合比的參數是影響彈性模量的主要因素;同時在工程實際中，為滿足混凝土的物理力學性能、工作性能及耐久性能等，混凝土選用的原材料尤其是配合比的參數有邊界條件。基于以上2點，本試驗在保持膠凝材料總量不變，拌合物坍落度為200±20 mm的條件下，選取摻合料品種(100%粉煤灰、50%粉煤灰+50%礦粉、100%礦粉)、粗骨料品種(100%花崗巖、20%玄武巖+80%花崗巖、100%玄武巖)、水膠比(0.30，0.32 和 0.34)、砂率(37%、40%、43%)和摻合料的摻量(20%、25%、30%)進行研究;選取10 d強度及彈性模量和28 d強度及彈性模量作為考核指標。試件均為標準養護。

1.4.2 正交表

作為5因素3水平的正交試驗，選用L18(37)正交表。

2 試驗結果及分析

2.1 試驗結果

如表1所示。

2.2 結果分析

如表2和表3所示。

表1 L18(37)試驗方案及結果Table 1 Testing results

表2 試驗結果分析Table 2 Analysis on 10-d testing results

表3 28 d試驗結果分析Table 3 Analysis on 28-d testing results

2.2.1 強度

從表1的試驗結果及表2和表3對結果的直觀分析來看，對于10 d抗壓強度，當水膠比為0.30～0.34，礦物摻合料摻量在20% ～30%，砂率在37% ～43%變化時，選用花崗巖或玄武巖，單摻粉煤灰或礦粉以及混摻的情況下，C50混凝土10 d抗壓強度為51.5～65.6，均已超過設計強度等級。從極差分析來看，各因素的影響次序分別為:水膠比＞摻合料品種＞砂率＞粗骨料品種=摻合料摻量，說明水膠比對10 d強度的影響最大;其次摻合料品種極差R也相對較大，為3.1，說明礦物摻合料品種的選擇也對混凝土早期強度有明顯影響，摻入粉煤灰能調整混凝土的強度發展，早期強度會有所降低，礦粉的摻入則對早期強度有所增強。

對于28 d抗壓強度，影響因素變為水膠比＞摻合料摻量＞砂率＞粗骨料品種＞摻合料品種，水膠比因素的極差為6.6，明顯大于其他因素，其他因素極差相差不大，這說明混凝土28 d抗壓強度也主要受水膠比影響。

2.2.2 彈性模量

對于10 d和28 d彈性模量，因素的影響次序為:粗骨料品種＞水膠比＞摻合料摻量＞摻合料品種＞砂率以及粗骨料品種＞摻合料摻量＞水膠比＞摻合料品種＞砂率，兩者的粗骨料因素的極差明顯大于其他因素，說明粗骨料的品種是影響混凝土彈性模量的主要因素，從圖2可以看出，隨著玄武巖比例的提高(0—20%—100%)，混凝土彈性模量變大。

圖2 粗骨料品種的彈性模量極差曲線Fig.2 Coarse aggregate types vs elastic modulus

3 粗骨料品種對彈性模量影響的驗證試驗

通過第2部分的試驗分析，得出粗骨料的品種是影響C50泵送混凝土彈性模量的主要因素。為了進一步研究粗骨料品種的影響，設計了一組比對試驗，增加了石灰巖，并調整了玄武巖摻量，試驗配合比及結果如表4所示。

從表4可以看出:花崗巖配制的C50混凝土無論是10 d還是28 d彈性模量均明顯小于玄武巖和石灰巖，而將花崗巖與玄武巖對半混摻后對彈性模量有明顯的改善，不同品種的粗骨料配制的混凝土彈性模量各有差異，但是花崗巖的結果同期比較都偏低。這也與正交試驗的結果相符。

表4 比對試驗及結果Table 4 Testing results

4 結論與討論

1)當水膠比為0.30～0.34，礦物摻合料摻量在20% ～30%，砂率在37% ～43%變化時，選用花崗巖或玄武巖，單摻粉煤灰或礦粉以及混摻的情況下，C50泵送混凝土的10 d及28 d抗壓強度主要影響因素是水膠比。

2)當水膠比在0.30～0.34，礦物摻合料摻量在20% ～30%，砂率在 37% ～43%變化時，選用花崗巖或玄武巖，單摻粉煤灰或礦粉以及混摻的情況下，C50泵送混凝土的10 d彈性模量的影響因素順序是:粗骨料品種＞水膠比＞摻合料摻量＞摻合料品種＞砂率;28 d彈性模量的影響因素順序是:粗骨料品種＞摻合料摻量＞水膠比＞摻合料品種＞砂率。粗骨料的品種是影響混凝土彈性模量的主要因素。

3)對于C50泵送混凝土而言，不同品種的粗骨料配制的混凝土彈性模量各有差異，其中花崗巖的結果相對較低。但在花崗巖中混摻入玄武巖可有效改善C50混凝土的彈性模量。

至于為什么不同品種的粗骨料導致混凝土彈性模量的差別，是由于花崗巖與玄武巖及石灰巖本身的彈性模量還是由于巖石的微觀結構等有差別，或者是其他原因，有待于從力學、地質和混凝土材料學等方面做進一步理論研究。在工程實踐中，本文的研究結果對配制有彈性模量要求的混凝土以及料源選定等可以起到良好的參考作用。

［1］ 鐵建設［2010］241號 高速鐵路橋涵工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［2］ 韓衛國，賈靖，顧大偉，等.對混凝土彈性模量影響因素的探討［J］.山東建材，2002，22(1):23-24.(HAN Weiguo，JIA Jing，GU Dawei，et al.Discussion of the factors to influence concrete elasticity modulus［J］.Shandong Building Materials，2002，22(1):23-24.(in Chinese))

［3］ 劉尚，文翠翠.高性能混凝土彈性模量試驗研究［J］.商品混凝土，2009(4):36-37.(LIU Shang，WEN Cuicui.Experiment research on elastic modulus of high performance concrete［J］.Ready-mixed Concrete，2009(4):36-37.(in Chinese))

［4］ GB/T 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法標準［S］.北京:中華人民共和國建設部，2002.